Введение 6
1. Литературный обзор 8
1.1 Катионы и анионы в сточных водах 8
1.2. Методы обессоливания воды 13
1.3 Мембранные методы обессоливания 17
1.3.1 Процесс обратного осмоса 17
1.3.2 Процесс ультрафильтрации 19
1.3.3 Процесс микрофильтрации 21
1.3.4 Процесс нанофильтрации 22
1.4 Динамические мембраны 23
2. Материалы и методы 28
2.1 Общий план проведения исследований по очистке сточных вод 28
2.2 Методика модифицирования мембран 30
2.3 Методы анализа состава сточных вод 31
2.3.1 Потенциометрический анализ 31
2.3.2 Гравиметрическое определение массы полистирола 35
2.3.3 Кондуктометрический анализ 39
2.3.4 Вакуумная фильтрация 41
2.3.5 Ионная хроматография 43
2.3.6 Исследование размера частиц и Z-потенциала дисперсной фазы 46
2.3.7 ИК-спектроскопия 48
2.3.8 Исследование поверхности мембран методом растровой электронной микроскопии 50
3. Результаты и их обсуждения 53
3.1 Исследование зависимости размера частиц полистирола от водородного
показателя суспензии 53
3.2 Определение содержания полистирола в динамической мембране
гравиметрическим методом 56
3.3 Определение присутствия полистирола на динамической мембране с
помощью ИК-спектров 58
3.4 Определение удельной производительности мембран по
дистиллированной воде 60
3.5 Определение удельной производительности мембран по модельному
раствору солей 61
3.6 Определение удельной производительности мембран по
водопроводной воде 62
3.7 Определение задерживающей способности мембран по модельному
раствору солей и по водопроводной воде 63
4. Экономическая часть 67
4.1. Общие положения 67
4.2. Расчет себестоимости 67
4.3. Затраты на заработную плату 68
4.4. Амортизационные отчисления 69
4.5. Стоимость электроэнергии 71
4.6. Стоимость расходов, связанных с аккредитацией лаборатории,
проведением ежегодной инспекции и аттестацией средств измерений 72
4.7 Себестоимость получения мембраны площадью 1м2 73
5. Охрана труда и техника безопасности 74
5.1. Охрана труда при работе в учебных лабораториях кафедры химии и
экологии НЧИ К(П)ФУ 74
5.1.1. Общие положения 74
5.1.2. Требования безопасности перед началом работы 74
5.1.3. Требования безопасности во время работы 75
5.1.4. Требования безопасности по окончании работы 76
5.1.5. Действия персонала при несчастных случаях и пожаре 77
5.2. Охрана труда при работе с химической посудой и приборами из стекла 77
5.2.1. Общие положения 77
5.2.2. Требования безопасности перед началом работы 78
5.2.3. Требования безопасности во время работы 78
5.2.4. Требования безопасности по окончании работы 80
5.2.5. Действия персонала при возникновении аварийной ситуации и при
пожаре 80
5.3 Требование мер безопасности при работе со спектрометром 81
Выводы 83
Заключение 85
Список использованной литературы 86
В настоящее время почти каждая промышленная и хозяйственная деятельность является источником загрязнения окружающей среды.На различных производствах образуются сточные воды, содержащие соли тяжелых металлов в больших количествах. Вследствие их образования возникает проблема очистки сточных вод от данных загрязнителей, а в частности возникает необходимость обессоливания воды, для дальнейшего использования.
В современном мире возникает необходимость разработки наиболее эффективных методов очистки сточных воды. Одним из таких методов является мембранный метод.
Применение мембран с точки зрения разделения водных смесей различного происхождения и состава имеет повседневный спрос и широко используется в таких отраслях промышленности как: химическая, нефтехимическая, пищевая, электронная, газовая, фармацевтическая, микробиологическая, атомная, сельское хозяйство, медицина, водоподготовка с различными целевыми назначениями и других. Использование мембран в различных областях промышленности является частью научно-технического прогресса современного производства.Мембранные методы занимают лидирующее положение в национальных программах развитых стран [1].
Основные свойства мембранных процессов разделения водных смесей, которые отличают их от других методов очистки: простота устройства аппаратов, надежность, низкие эксплуатационные затраты, минимизация массовых характеристик, экологическая безопасность, высокая эффективность. Все перечисленные свойства позволяют очистить воду до такой степени, что она может быть повторно использована в технологическом процессе.
Целью данной курсовой работы является получение многослойной динамической мембраны, обладающей свойствами мембран нанофильтрации, но работающей при более низком давлении и с высокой удельной производительностью для разделения многовалентных ионов.
Для выполнения поставленной цели в ходе курсовой работы необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить методы обессоливания воды;
2. Изучить мембранные методы обессоливания воды;
3. Модифицировать мембраны полистиролом;
4. Исследовать зависимость размера частиц полистирола от водородного показателя суспензии
5. Определить удельную производительность исходных и модифицированных мембран по дистиллированной воде, по модельному раствору солей и по водопроводной воде;
6. Определить степень эффективности очистки водных растворов от солей, содержащих анионы и катионы, мембранами, модифицированными полистиролом.
Для процесса мембранного обессоливания воды получены многослойные динамические мембраны с поверхностным слоем из полистирола. Динамический слой получен путем формирования из частиц полистирола с размерами частиц от 55 до 92 нм, находящихся в фильтруемом водном растворе ацетона при рН=5. Полученная мембрана показала неплохую задерживающую способность ионов при высокой удельной производительности, что позволяет использовать мембрану для процесса нанофильтрации или для предварительной очистки воды перед процессом обратного осмоса с целью защиты, повышения эффективности и продления срока службы мембран.
